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JP5431008B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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JP5431008B2
JP5431008B2 JP2009103308A JP2009103308A JP5431008B2 JP 5431008 B2 JP5431008 B2 JP 5431008B2 JP 2009103308 A JP2009103308 A JP 2009103308A JP 2009103308 A JP2009103308 A JP 2009103308A JP 5431008 B2 JP5431008 B2 JP 5431008B2
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coupling
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Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端には、エンドプレートが設けられる燃料電池スタックに関する。   The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked. The present invention relates to a fuel cell stack provided with an end plate.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. A unit cell is provided. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.

この種の燃料電池スタックでは、所望の発電性能を得るとともに、シール機能を発揮させるために、積層方向に対して所望の締め付け荷重を付与する必要がある。   In this type of fuel cell stack, it is necessary to apply a desired tightening load in the stacking direction in order to obtain a desired power generation performance and to exert a sealing function.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池では、図9に示すように、セパレータ1と、電極ユニット2とが所定数だけ積層された積層体の両端部に、プレッシャプレート3a、3bが配設されている。プレッシャプレート3a、3bの各角部には、断面L字形状の保持部材4が配設されるとともに、前記保持部材4は、ねじ5を介して前記プレッシャプレート3a、3bに締結されている。   Therefore, for example, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 9, pressure plates 3 a, 3 b are provided at both ends of a laminate in which a predetermined number of separators 1 and electrode units 2 are laminated. Is arranged. A holding member 4 having an L-shaped cross section is disposed at each corner of the pressure plate 3a, 3b, and the holding member 4 is fastened to the pressure plate 3a, 3b via a screw 5.

すなわち、プレッシャプレート3a、3b間に固定された4本の保持部材4を介して、セパレータ1及び電極ユニット2に積層方向への締め付け荷重が付与されるように構成されている。   That is, it is configured such that a clamping load in the stacking direction is applied to the separator 1 and the electrode unit 2 via the four holding members 4 fixed between the pressure plates 3a and 3b.

特開2000−48850号公報JP 2000-48850 A

しかしながら、上記の特許文献1では、各保持部材4とプレッシャプレート3a、3bとは、前記プレッシャプレート3a、3bの側部に形成されたねじ孔(図示せず)に、前記保持部材4を貫通してねじ込まれるねじ5によって締結されているだけである。   However, in Patent Document 1, each holding member 4 and the pressure plates 3a and 3b penetrate the holding member 4 through screw holes (not shown) formed in the side portions of the pressure plates 3a and 3b. Then, it is only fastened by the screw 5 to be screwed.

従って、燃料電池に外部から荷重が付与されると、スタック外形が変形し易い。このため、積層方向の締め付け荷重を維持することができず、荷重抜けが惹起するという問題がある。   Therefore, when a load is applied to the fuel cell from the outside, the outer shape of the stack is easily deformed. For this reason, there is a problem that the tightening load in the stacking direction cannot be maintained, and load loss occurs.

しかも、燃料電池にねじれ方向に外力が付与される際には、ねじれ剛性が低く、前記燃料電池にねじれが惹起し易い。これにより、特に車載用燃料電池として使用される場合、走行振動や外部からの衝撃等に対する保持剛性を確保することができないという問題がある。   Moreover, when an external force is applied to the fuel cell in the twisting direction, the torsional rigidity is low, and the fuel cell is likely to be twisted. As a result, particularly when used as an in-vehicle fuel cell, there is a problem that it is not possible to secure the holding rigidity against traveling vibration, external impact, and the like.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、外部荷重等を確実に受けることができ、変形や締め付け荷重の抜け等を良好に抑制することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem. A fuel cell stack that can reliably receive external loads and the like with a simple configuration and that can satisfactorily suppress deformation and loss of tightening loads. The purpose is to provide.

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端には、エンドプレートが設けられる燃料電池スタックに関するものである。   The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked. The present invention relates to a fuel cell stack provided with an end plate.

この燃料電池スタックは、一対のエンドプレート間に積層方向と平行な方向に架け渡されて一対の前記エンドプレート同士を一体に保持する複数の連結部材と、前記連結部材同士を互いに結合するための結合部材とを備えている。 The fuel cell stack includes a plurality of connecting members that are spanned between a pair of end plates in a direction parallel to the stacking direction and integrally hold the pair of end plates, and for connecting the connecting members to each other. And a coupling member.

また、結合部材は、連結部材間に固定される板状部材で構成されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that a coupling member is comprised with the plate-shaped member fixed between connection members.

さらに、結合部材は、連結部材間に固定されるブレース部材で構成されることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the coupling member is composed of a brace member fixed between the coupling members.

さらにまた、燃料電池は、積層方向に連通して、それぞれ反応ガス又は冷却媒体を流す複数の流体連通孔を設けるとともに、連結部材とエンドプレートの側面との連結部位は、前記流体連通孔からオフセットした位置に設けられることが好ましい。   Furthermore, the fuel cell is provided with a plurality of fluid communication holes that communicate with each other in the stacking direction and respectively flow the reaction gas or the cooling medium, and the connection portion between the connection member and the side surface of the end plate is offset from the fluid communication hole. It is preferable to be provided at the position.

本発明によれば、複数の連結部材を介して一対のエンドプレート同士が一体に保持されており、簡単な構成で、所望の締め付け力を確実に付与することが可能になる。しかも、連結部材同士は、結合部材を介して互いに結合されている。このため、特に締め付け荷重の支持方向以外の方向の外力に対し、燃料電池を確実に保護するとともに、前記燃料電池が変形することを良好に阻止することが可能になる。   According to the present invention, a pair of end plates are integrally held via a plurality of connecting members, and a desired tightening force can be reliably applied with a simple configuration. In addition, the connecting members are coupled to each other via a coupling member. For this reason, it is possible to reliably protect the fuel cell against an external force in a direction other than the direction in which the tightening load is supported, and to satisfactorily prevent the fuel cell from being deformed.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する保持機構及び固定機構の一方からの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing from one of the holding mechanism and fixing mechanism which comprise the said fuel cell stack. 前記保持機構及び固定機構の他方からの分解斜視説明図である。It is an exploded perspective view from the other of the holding mechanism and the fixing mechanism. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。FIG. 5 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの他の構成の概略斜視説明図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of another configuration of the fuel cell stack. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。It is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックを構成する保持機構及び固定機構の分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the holding mechanism and fixing mechanism which comprise the said fuel cell stack. 特許文献1に係る燃料電池の斜視説明図である。2 is a perspective view of a fuel cell according to Patent Document 1. FIG.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12が矢印A方向(鉛直方向)又は矢印B方向(水平方向)に積層されるとともに、前記燃料電池12の積層方向両端には、ターミナルプレート14a、14b、絶縁プレート16a、16b及びエンドプレート18a、18bが配設される。   As shown in FIG. 1, in the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, a plurality of fuel cells 12 are stacked in an arrow A direction (vertical direction) or an arrow B direction (horizontal direction), Terminal plates 14a and 14b, insulating plates 16a and 16b, and end plates 18a and 18b are disposed at both ends of the fuel cell 12 in the stacking direction.

図2に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体20が、第1及び第2セパレータ22、24に挟持される。第1及び第2セパレータ22、24は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータにより構成される。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure 20 sandwiched between first and second separators 22 and 24. The first and second separators 22 and 24 are made of, for example, a metal separator such as a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, or a plated steel plate, or a carbon separator.

燃料電池12の矢印B方向(図2中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔26a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔28aが、矢印C方向(水平方向)に配列して設けられる。   One end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B (the horizontal direction in FIG. 2) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and oxidant for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas An agent gas inlet communication hole 26a and a fuel gas inlet communication hole 28a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in an arrow C direction (horizontal direction).

燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔28b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔26bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, the fuel gas outlet communication hole 28b for discharging the fuel gas, and the oxidant gas for discharging the oxidant gas. Outlet communication holes 26b are arranged in the direction of arrow C.

燃料電池12の矢印C方向の両端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔30a、及び前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔30bが設けられる。   A cooling medium inlet communication hole 30a for supplying a cooling medium and a cooling medium outlet communication hole 30b for discharging the cooling medium are provided at both ends of the fuel cell 12 in the arrow C direction.

第1セパレータ(カソード側セパレータ)22の電解質膜・電極構造体20に向かう面22aには、酸化剤ガス入口連通孔26aと酸化剤ガス出口連通孔26bとに連通する酸化剤ガス流路32が設けられる。   An oxidant gas passage 32 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 26a and the oxidant gas outlet communication hole 26b is formed on a surface 22a of the first separator (cathode side separator) 22 facing the electrolyte membrane / electrode structure 20. Provided.

第2セパレータ(アノード側セパレータ)24の電解質膜・電極構造体20に向かう面24aには、燃料ガス入口連通孔28aと燃料ガス出口連通孔28bとに連通する燃料ガス流路34が設けられる。   A fuel gas flow path 34 communicating with the fuel gas inlet communication hole 28a and the fuel gas outlet communication hole 28b is provided on the surface 24a of the second separator (anode side separator) 24 facing the electrolyte membrane / electrode structure 20.

互いに隣接する燃料電池12を構成する第1セパレータ22の面22bと、第2セパレータ24の面24bとの間には、冷却媒体入口連通孔30aと冷却媒体出口連通孔30bとを連通する冷却媒体流路36が設けられる。   A cooling medium that connects the cooling medium inlet communication hole 30a and the cooling medium outlet communication hole 30b between the surface 22b of the first separator 22 and the surface 24b of the second separator 24 that constitute the fuel cells 12 adjacent to each other. A flow path 36 is provided.

第1セパレータ22の面22a、22bには、第1シール部材38が、一体的又は個別に設けられるとともに、第2セパレータ24の面24a、24bには、第2シール部材40が、一体的に又は個別に設けられる。   The first seal member 38 is integrally or individually provided on the surfaces 22 a and 22 b of the first separator 22, and the second seal member 40 is integrally formed on the surfaces 24 a and 24 b of the second separator 24. Or it is provided separately.

第1及び第2シール部材38、40は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。   The first and second sealing members 38 and 40 are, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicon rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber or the like, cushioning material, Alternatively, a packing material is used.

電解質膜・電極構造体20は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するカソード側電極44及びアノード側電極46とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 20 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 44 and an anode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

カソード側電極44及びアノード側電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜42の両面に形成されている。   The cathode side electrode 44 and the anode side electrode 46 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. An electrode catalyst layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

図1に示すように、例えば、アルミニウム製のエンドプレート18a、18b間には、複数本の連結部材50が架け渡される。連結部材50は、例えば、アルミニウム製の長尺な板状を有し、燃料電池スタック10の長辺側に2本ずつで、且つ、前記燃料電池スタック10の短辺側に1本ずつ配設される。   As shown in FIG. 1, for example, a plurality of connecting members 50 are bridged between end plates 18a, 18b made of aluminum. The connecting member 50 has, for example, a long plate shape made of aluminum, and two connecting members 50 are arranged on the long side of the fuel cell stack 10 and one on the short side of the fuel cell stack 10. Is done.

連結部材50の配置位置は、長辺側では、冷却媒体入口連通孔30a及び冷却媒体出口連通孔30bから離間した位置(オフセットした位置)に設定される一方、短辺側では、酸化剤ガス入口連通孔26aと燃料ガス入口連通孔28aとの間及び酸化剤ガス出口連通孔26bと燃料ガス出口連通孔28bとの間(オフセットした位置)に設定される。   The arrangement position of the connecting member 50 is set at a position (offset position) separated from the cooling medium inlet communication hole 30a and the cooling medium outlet communication hole 30b on the long side, whereas the oxidant gas inlet is set on the short side. They are set between the communication hole 26a and the fuel gas inlet communication hole 28a and between the oxidant gas outlet communication hole 26b and the fuel gas outlet communication hole 28b (offset position).

燃料電池スタック10は、エンドプレート18a、18bの側面51a、51bと連結部材50とに設けられ、締め付け方向(矢印A方向)に張力を付与するための保持機構52と、前記エンドプレート18a、18bの側面51a、51bと前記連結部材50とを、互いに固定させるための固定機構54とを備える。   The fuel cell stack 10 is provided on the side surfaces 51a and 51b of the end plates 18a and 18b and the connecting member 50, and a holding mechanism 52 for applying tension in the tightening direction (arrow A direction), and the end plates 18a and 18b. The side surfaces 51a, 51b and the connecting member 50 are provided with a fixing mechanism 54 for fixing the side surfaces 51a, 51b to each other.

図3及び図4に示すように、保持機構52は、エンドプレート18a、18bの側面51a、51bに形成される第1孔部56aと、連結部材50の上下両端部にそれぞれ2つずつ形成される第2孔部56bと、前記第1及び第2孔部56a、56bに一体的に挿入されるピン部材58とを備える。ピン部材58は、例えば、鉄系材料で構成される。   As shown in FIGS. 3 and 4, two holding mechanisms 52 are formed in each of the first hole portion 56 a formed in the side surfaces 51 a and 51 b of the end plates 18 a and 18 b and the upper and lower end portions of the connecting member 50. And a pin member 58 that is integrally inserted into the first and second holes 56a and 56b. The pin member 58 is made of, for example, an iron-based material.

第1及び第2孔部56a、56bには、例えば、鉄系材料で構成される補強リング60a、60bが圧入され、前記補強リング60a、60b内にピン部材58が一体に挿入される。   Reinforcing rings 60a and 60b made of, for example, an iron-based material are press-fitted into the first and second holes 56a and 56b, and the pin member 58 is integrally inserted into the reinforcing rings 60a and 60b.

固定機構54は、エンドプレート18a、18bの側面51a、51bに第1孔部56aの両側に位置して設けられるねじ孔62と、前記ねじ孔62に締結されるねじ64とを備える。   The fixing mechanism 54 includes screw holes 62 provided on the side surfaces 51 a and 51 b of the end plates 18 a and 18 b on both sides of the first hole portion 56 a and screws 64 fastened to the screw holes 62.

連結部材50には、ねじ孔62に対応して一対の孔部66が形成される。この連結部材50の表面側には、ピンカバー68が配設され、前記ピンカバー68に形成された一対の孔部70にねじ64が挿入されるとともに、このねじ64は、孔部66を通ってねじ孔62に締め付けられる。   A pair of hole portions 66 are formed in the connecting member 50 corresponding to the screw holes 62. A pin cover 68 is disposed on the surface side of the connecting member 50, and screws 64 are inserted into a pair of holes 70 formed in the pin cover 68. The screws 64 pass through the holes 66. Then, the screw hole 62 is tightened.

連結部材50には、第2孔部56bの両端開口を周回してシール溝72a、72bが形成され、前記シール溝72a、72bにそれぞれOリング74が装着される。連結部材50の裏面側、すなわち、エンドプレート18a、18bの側面51a、51b側には、肉厚部76が形成され、この肉厚部76が前記エンドプレート18a、18bの側面51a、51bに当接する。   In the connecting member 50, seal grooves 72a and 72b are formed around both end openings of the second hole portion 56b, and O-rings 74 are attached to the seal grooves 72a and 72b, respectively. A thick portion 76 is formed on the back surface side of the connecting member 50, that is, on the side surfaces 51a and 51b side of the end plates 18a and 18b. The thick portion 76 contacts the side surfaces 51a and 51b of the end plates 18a and 18b. Touch.

図1に示すように、連結部材50同士は、結合部材80a、80bを介して互いに結合される。結合部材80a、80bは、例えば、連結部材50と同一材料であるアルミニウムで構成されるが、その他、連結による電位差腐食が発生しない材料であれば、種々の材料により構成することができる。   As shown in FIG. 1, the connecting members 50 are coupled to each other via coupling members 80a and 80b. The coupling members 80a and 80b are made of, for example, aluminum which is the same material as that of the connecting member 50, but can be made of various materials as long as they are materials that do not cause potential difference corrosion due to the connection.

結合部材80aは、燃料電池スタック10の長辺側に2本ずつ配設される連結部材50間を結合するために長尺板状部材を構成する一方、結合部材80bは、前記燃料電池スタック10の短辺側と前記長辺側とに配設される連結部材50間を結合するためにL字状に屈曲する板状部材を構成する。   The coupling member 80 a constitutes a long plate-like member for coupling between two coupling members 50 arranged on the long side of the fuel cell stack 10, while the coupling member 80 b is composed of the fuel cell stack 10. A plate-like member that is bent in an L shape is formed to connect the connecting members 50 disposed on the short side and the long side.

各連結部材50には、矢印A方向に沿って2列に複数のねじ孔82が形成されるとともに、結合部材80a、80bの各両端部には、前記ねじ孔82に対応して孔部84が2つずつ形成される。孔部84に挿入されるねじ86が、ねじ孔82に螺合されることにより、結合部材80a、80bが連結部材50に固定される。なお、結合部材80a、80bは、一体に構成されてもよい。   Each connecting member 50 is formed with a plurality of screw holes 82 in two rows along the direction of the arrow A, and at both ends of the coupling members 80a and 80b, holes 84 corresponding to the screw holes 82 are formed. Are formed two by two. The coupling members 80 a and 80 b are fixed to the connecting member 50 by screwing the screw 86 inserted into the hole 84 into the screw hole 82. The coupling members 80a and 80b may be integrally formed.

エンドプレート18aには、酸化剤ガス入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、冷却媒体入口連通孔30a、酸化剤ガス出口連通孔26b、燃料ガス出口連通孔28b及び冷却媒体出口連通孔30bに連通し、外部に延在するマニホールド(図示せず)が設けられる一方、エンドプレート18bは、閉塞された平板状に構成される。   The end plate 18a includes an oxidant gas inlet communication hole 26a, a fuel gas inlet communication hole 28a, a cooling medium inlet communication hole 30a, an oxidant gas outlet communication hole 26b, a fuel gas outlet communication hole 28b, and a cooling medium outlet communication hole 30b. A manifold (not shown) that communicates and extends to the outside is provided, while the end plate 18b is configured as a closed flat plate.

このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

先ず、図2に示すように、酸化剤ガス入口連通孔26aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔28aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔30aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 2, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 26a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 28a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 30a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔26aから第1セパレータ22の酸化剤ガス流路32に導入される。酸化剤ガスは、矢印B方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するカソード側電極44に供給される。   Therefore, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 32 of the first separator 22 from the oxidant gas inlet communication hole 26a. The oxidant gas is supplied to the cathode side electrode 44 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 20 while moving in the arrow B direction.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔28aから第2セパレータ24の燃料ガス流路34に導入される。この燃料ガスは、矢印B方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するアノード側電極46に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 34 of the second separator 24 from the fuel gas inlet communication hole 28a. The fuel gas is supplied to the anode side electrode 46 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 20 while moving in the arrow B direction.

従って、電解質膜・電極構造体20では、カソード側電極44に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極46に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 20, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 44 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 46 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、カソード側電極44に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔26bに沿って矢印A方向に排出される。一方、アノード側電極46に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔28bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 44 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 26b. On the other hand, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 46 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 28b.

また、冷却媒体入口連通孔30aに供給された冷却媒体は、第1及び第2セパレータ22、24間の冷却媒体流路36に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔30bから排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 30a is introduced into the cooling medium flow path 36 between the first and second separators 22 and 24 and then flows in the direction of arrow C. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 20, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 30b.

この場合、第1の実施形態では、燃料電池スタック10は、一対のエンドプレート18a、18b間に複数の連結部材50が架け渡されて前記エンドプレート18a、18b同士が一体に保持されている。このため、連結部材50とエンドプレート18a、18bとには、互いに締め付け方向に張力が付与されるとともに、前記連結部材50と前記エンドプレート18a、18bとの締結力が維持されている。従って、簡単な構成で、所望の締め付け力を確実に付与することが可能になる。   In this case, in the first embodiment, in the fuel cell stack 10, a plurality of connecting members 50 are bridged between a pair of end plates 18a and 18b, and the end plates 18a and 18b are integrally held. Therefore, tension is applied to the connecting member 50 and the end plates 18a and 18b in the tightening direction, and the fastening force between the connecting member 50 and the end plates 18a and 18b is maintained. Therefore, it is possible to reliably apply a desired tightening force with a simple configuration.

しかも、連結部材50同士は、結合部材80a、80bを介して互いに結合されている。これにより、特に締め付け荷重の支持方向以外の方向の外力(倒れやねじれ等)に対し、燃料電池12を確実に保護するとともに、前記燃料電池12が変形することを阻止することが可能になるという効果が得られる。   In addition, the connecting members 50 are coupled to each other via coupling members 80a and 80b. Accordingly, it is possible to reliably protect the fuel cell 12 against external force (such as falling or twisting) in a direction other than the direction in which the tightening load is supported, and to prevent the fuel cell 12 from being deformed. An effect is obtained.

図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック90の概略斜視説明図である。   FIG. 5 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 90 according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック90は、連結部材50同士を連結するために結合部材92を備える。結合部材92は、ブレース(筋交い)構造を有しており、上下一対の平板状部92aと互いに公差する板状筋交い部92bとを一体に設ける。   The fuel cell stack 90 includes a coupling member 92 for coupling the coupling members 50 to each other. The coupling member 92 has a brace structure, and is provided with a pair of upper and lower flat plate portions 92a and a plate-like bracing portion 92b that is within tolerance.

結合部材92の四隅には、孔部94が形成される一方、燃料電池スタック90の長辺側に2本ずつ配設される連結部材50には、前記孔部94に対応するねじ孔96が形成される。結合部材92の孔部94に挿入されるねじ98が、ねじ孔96に螺合することにより、前記結合部材92が一対の連結部材50に固定される。   Holes 94 are formed at the four corners of the coupling member 92, while screw holes 96 corresponding to the holes 94 are formed in the connecting member 50, which is disposed two each on the long side of the fuel cell stack 90. It is formed. When the screw 98 inserted into the hole 94 of the coupling member 92 is screwed into the screw hole 96, the coupling member 92 is fixed to the pair of coupling members 50.

このように構成される第2の実施形態では、ブレース構造を有する結合部材92により、一対の連結部材50同士を互いに結合している。従って、締め付け荷重の支持方向以外の方向の外力(倒れやねじれ等)に対し、燃料電池12を確実に保護することができる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   In the second embodiment configured as above, the pair of connecting members 50 are connected to each other by the connecting member 92 having a brace structure. Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as the fuel cell 12 can be reliably protected against an external force (such as falling or twisting) in a direction other than the supporting direction of the tightening load.

なお、第2の実施形態では、結合部材92のみを用いているが、例えば、図6に示すように、前記結合部材92と複数の結合部材80bとを併用することも可能である。また、結合部材92は、2本の板状筋交い部92bを用いているが、1本であってもよく、さらに、ブレース構造の他、トラス構造等を採用してもよい。   In the second embodiment, only the coupling member 92 is used. However, as shown in FIG. 6, for example, the coupling member 92 and a plurality of coupling members 80b can be used in combination. In addition, the connecting member 92 uses the two plate-like bracing portions 92b. However, the connecting member 92 may be one, and may employ a truss structure or the like in addition to the brace structure.

図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック100の概略斜視説明図である。   FIG. 7 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack 100 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池スタック100は、一対のエンドプレート18a、18b間に架け渡される連結部材102と、前記エンドプレート18a、18bの側面51a、51bと前記連結部材102とに設けられ、互いに締め付け方向に張力を付与するための保持機構104と、前記エンドプレート18a、18bの側面51a、51bと前記連結部材102とを、互いに固定させるための固定機構106と、前記連結部材102同士を互いに結合させる結合部材80a、80b(及び/又は結合部材92)とを備える。   The fuel cell stack 100 is provided on a connecting member 102 that spans between a pair of end plates 18a and 18b, side surfaces 51a and 51b of the end plates 18a and 18b, and the connecting member 102, and tensions each other in the tightening direction. A holding mechanism 104 for applying, a fixing mechanism 106 for fixing the side surfaces 51a, 51b of the end plates 18a, 18b and the connecting member 102, and a connecting member 80a for connecting the connecting members 102 to each other. 80b (and / or the coupling member 92).

連結部材102は、連結部材50と同様に、長辺側に2本で、且つ、短辺側に1本ずつ配設されるとともに、それぞれ酸化剤ガス入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、冷却媒体入口連通孔30a、酸化剤ガス出口連通孔26b、燃料ガス出口連通孔28b及び冷却媒体出口連通孔30bからオフセットした位置に設けられる。   Similar to the connecting member 50, two connecting members 102 are arranged on the long side and one on the short side, respectively, and the oxidant gas inlet communication hole 26a and the fuel gas inlet communication hole 28a, respectively. The cooling medium inlet communication hole 30a, the oxidant gas outlet communication hole 26b, the fuel gas outlet communication hole 28b, and the cooling medium outlet communication hole 30b are provided at positions offset from each other.

図8に示すように、保持機構104は、エンドプレート18a、18bの側面51a、51bに設けられる突起部108と、連結部材102の両端に設けられ、前記連結部材102の幅方向外方に突出して前記突起部108に係合する突出部110とを備える。   As shown in FIG. 8, the holding mechanism 104 is provided at both ends of the projections 108 provided on the side surfaces 51 a and 51 b of the end plates 18 a and 18 b and the connection member 102, and protrudes outward in the width direction of the connection member 102. And a protrusion 110 that engages with the protrusion 108.

突起部108は、エンドプレート18a、18bの側面51a、51bから所定の長さにわたって外方に突出するとともに、両端部に膨出する係止部108aを設ける。突出部110は、突起部108を跨いで積層方向外方に配置されるとともに、前記突起部108と前記突出部110との間には、前記積層方向の寸法調整を行うためのスペーサ部材112が介装される。   The protruding portion 108 is provided with a locking portion 108a that protrudes outward from the side surfaces 51a and 51b of the end plates 18a and 18b over a predetermined length and bulges at both ends. The protrusion 110 is disposed outward in the stacking direction across the protrusion 108, and a spacer member 112 for adjusting the dimension in the stacking direction is provided between the protrusion 108 and the protrusion 110. Intervened.

突出部110には、エンドプレート18a、18bの側面51a、51b側に突出する段部形状を形成することにより突起部108に当接する引っ掛け部114が設けられる。   The protrusion 110 is provided with a hook 114 that contacts the protrusion 108 by forming a step shape protruding toward the side surfaces 51a and 51b of the end plates 18a and 18b.

固定機構106は、エンドプレート18a、18bの側面51a、51bに形成されるねじ孔116と、連結部材102の突出部110に形成される孔部118と、前記孔部118に挿入されて前記ねじ孔116に螺合するねじ120とを備える。突出部110には、ねじ120を配置するための凹部122が設けられる。   The fixing mechanism 106 includes a screw hole 116 formed in the side surfaces 51a and 51b of the end plates 18a and 18b, a hole 118 formed in the protruding portion 110 of the connecting member 102, and the screw 118 inserted into the hole 118. And a screw 120 screwed into the hole 116. The protrusion 110 is provided with a recess 122 for arranging the screw 120.

このように構成される第3の実施形態では、連結部材102の長尺方向両端に設けられている突出部110が、エンドプレート18a、18bに設けられている突起部108を跨いで取り付けられている。従って、突起部108と突出部110とは、互いに圧着し、燃料電池スタック100に対して締め付け方向に張力が付与されている。さらに、第3の実施形態では、連結部材102同士が結合部材80a、80b(及び/又は、結合部材92)を介して一体に結合されており、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   In the third embodiment configured as described above, the protrusions 110 provided at both ends in the longitudinal direction of the connecting member 102 are attached across the protrusions 108 provided on the end plates 18a and 18b. Yes. Therefore, the protrusion 108 and the protrusion 110 are pressure-bonded to each other, and tension is applied to the fuel cell stack 100 in the tightening direction. Furthermore, in the third embodiment, the connecting members 102 are integrally coupled via the coupling members 80a and 80b (and / or the coupling member 92), and are the same as in the first and second embodiments described above. The effect is obtained.

10、90、100…燃料電池スタック 12…燃料電池
18a、18b…エンドプレート 20…電解質膜・電極構造体
22、24…セパレータ 26a…酸化剤ガス入口連通孔
26b…酸化剤ガス出口連通孔 28a…燃料ガス入口連通孔
28b…燃料ガス出口連通孔 30a…冷却媒体入口連通孔
30b…冷却媒体出口連通孔 32…酸化剤ガス流路
34…燃料ガス流路 36…冷却媒体流路
42…固体高分子電解質膜 44…カソード側電極
46…アノード側電極 50、102…連結部材
52、104…保持機構 54、106…固定機構
56a、56b、66、70、84、94、118…孔部
58…ピン部材 60a、60b…補強リング
62、82、96、116…ねじ孔 64、86、98、120…ねじ
74…Oリング 80a、80b、92…結合部材
108…突起部 110…突出部
122…凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 90, 100 ... Fuel cell stack 12 ... Fuel cell 18a, 18b ... End plate 20 ... Electrolyte membrane and electrode structure 22, 24 ... Separator 26a ... Oxidant gas inlet communication hole 26b ... Oxidant gas outlet communication hole 28a ... Fuel gas inlet communication hole 28b ... Fuel gas outlet communication hole 30a ... Cooling medium inlet communication hole 30b ... Cooling medium outlet communication hole 32 ... Oxidant gas flow path 34 ... Fuel gas flow path 36 ... Cooling medium flow path 42 ... Solid polymer Electrolyte membrane 44 ... Cathode side electrode 46 ... Anode side electrode 50, 102 ... Connecting member 52, 104 ... Holding mechanism 54, 106 ... Fixing mechanism 56a, 56b, 66, 70, 84, 94, 118 ... Hole 58 ... Pin member 60a, 60b ... Reinforcing rings 62, 82, 96, 116 ... Screw holes 64, 86, 98, 120 ... Screws 74 ... O-rings 80a, 80b, 92 ... Coupling member 108 ... Projection 110 ... Projection 122 ... Recess

Claims (4)

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端には、エンドプレートが設けられる燃料電池スタックであって、
一対の前記エンドプレート間に前記積層方向と平行な方向に架け渡されて一対の前記エンドプレート同士を一体に保持する複数の連結部材と、
前記連結部材同士を互いに結合するための結合部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked, and end plates are provided at both ends in the stacking direction. A fuel cell stack,
A plurality of connecting members that are stretched between a pair of the end plates in a direction parallel to the stacking direction and integrally hold the pair of end plates;
A coupling member for coupling the coupling members to each other;
A fuel cell stack comprising:
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記結合部材は、前記連結部材間に固定される板状部材で構成されることを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the coupling member is configured by a plate-like member fixed between the connecting members. 請求項1又は2記載の燃料電池スタックにおいて、前記結合部材は、前記連結部材間に固定されるブレース部材で構成されることを特徴とする燃料電池スタック。   3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the coupling member includes a brace member fixed between the connecting members. 4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池は、前記積層方向に連通してそれぞれ反応ガス又は冷却媒体を流す複数の流体連通孔を設けるとともに、
前記連結部材と前記エンドプレートの側面との連結部位は、前記流体連通孔からオフセットした位置に設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell includes a plurality of fluid communication holes that communicate with each other in the stacking direction and flow a reaction gas or a cooling medium, respectively.
A fuel cell stack, wherein a connecting portion between the connecting member and a side surface of the end plate is provided at a position offset from the fluid communication hole.
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